מיקרופלואידיקה Endothelialized לחקר אינטראקציות כלי הדם במחלות המטולוגיות
Summary
שיטת לתרבות monolayer תא האנדותל לאורך כל פני השטח הפנימי של המכשיר 3D microfluidic עם כלי הדם בגודל הערוצים (<30 מיקרומטר) מתואר. זה<em> במבחנה</em> מודל microvasculature מאפשר לימוד אינטראקציות Biophysical בין כדוריות הדם, תאים אנדותל, וגורמים מסיסים מחלות המטולוגיות.
Abstract
ההתקדמות טכניקות microfabrication אפשרו את הייצור של מערכות microfluidic זולים לשעתקו לעריכת ניסויים ביולוגיים ביוכימיים ב 1,2 מיקרו nanoscales. בנוסף, מיקרופלואידיקה יש גם שימש במיוחד כדי לנתח באופן כמותי תהליכים המטולוגיות ואת כלי הדם, בגלל היכולת שלהם לשלוט בקלות על הסביבה fluidic דינמית תנאים ביולוגיים 3-6. לפיכך, החוקרים השתמשו ולאחרונה מערכות microfluidic ללמוד deformability תא דם, תא צבירה הדם, זרימת הדם כלי הדם, ודם תא האנדותל אינטראקציות סלולריים 6-13. עם זאת, מערכות אלו microfluidic גם לא כלל לתאי אנדותל בתרבית או היו גדולים יותר רלוונטי sizescale תהליכים פתולוגיים כלי הדם. פלטפורמת microfluidic עם לתאי אנדותל בתרבית במדויק משחזר את הסלולרי, פיזית, hemodynבסביבה של amic microcirculation נדרש כדי לקדם את ההבנה שלנו של פתופיזיולוגיה biophysical הבסיסית של מחלות המטולוגיות הקשורות microvasculature.
כאן אנו מדווחים על שיטה ליצור "endothelialized" במודל חוץ גופית של microvasculature, תוך שימוש פשוט, תהליך אחד microfabrication המסכה יחד עם טכניקות סטנדרטיות אנדותל התרבות תאים, ללמוד פתולוגיים אינטראקציות כלי הדם Biophysical המתרחשים במחלות המטולוגיות. זה "microvasculature על שבב" מספק חוקר assay חזקים כי שולט היטב ביולוגית, כמו גם התנאים Biophysical ומתופעל באמצעות משאבת מזרק סטנדרטי brightfield / מיקרוסקופ פלואורסצנטי. פרמטרים כגון המודינמים תנאי microcirculatory, סוג תא האנדותל, תא דם מסוג (ים) וריכוז (ים), תרופות מעכבות / ריכוז וכו ', יכולים להיות לשלוט בקלות. ככזה, microsystem שלנו מספקשיטה כמותית לחקור תהליכי מחלה שבה זרימת כלי הדם נפגעת בשל שינויים הידבקות התא, צבירה, לבין deformability, יכולת זמינה עם מבחני הקיימים.
Protocol
Discussion
מערכת microdevice endothelialized שלנו הוא המתאים ביותר בעת שימוש בשילוב עם בניסויים vivo, ואת הגישה הרדוקציוניסטית שלה עשוי לעזור להבהיר את המנגנונים Biophysical של תהליכים המטולוגיות כי הם נצפו בבני אדם ומודלים של בעלי חיים. יתר על כן, המערכת שלנו אינה ללא מגבלות. למשל, ערוצי microflui…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים ט האנט, מ 'רוזנבליט, ואת מעבדת לאם על עצתם דיונים מועילים. אנו מכירים את התמיכה של ג 'ספינר המכון אלקטרוניקה ננוטכנולוגיה במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה. תמיכה כספית עבור עבודה זו ניתן על ידי מענק NIH-K08 HL093360, הפרס REAC קליפורניה בסן פרנסיסקו, פיתוח Nanomedicine NIH מרכז פרס PN2EY018244, ומימון מהמרכז לביולוגיה תא האנדותל של בריאות לילדים של אטלנטה.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| blunt point needle | OK International | 920050-TE | Precision TE needle 20 Gauge x 1/2″, pink |
| dextran | Sigma-Aldrich | 31392 | |
| Fibronectin | Sigma-Aldrich | F0895 | |
| Hole puncher (pin vise) | Technical Innovations | ||
| Human umbilical cord endothelial cells (HUVECs) | Lonza | CC-2519 | |
| Plasma cleaner | Plasma | PDC-326 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Fisher Scientific | NC9285739 | Sylgard 184 Silicone Elastomer KIT |
| Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2 | |
| SU-8 2025 | Microchem | Y111069 | |
| SU-8 Developer | Microchem | Y020100 | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-3008 | PHD-ULTRA |
| tubing(larger) | Cole-Parmer Instrument Company | 06418-02 | Tygonreg microbore tubing, 0.020″ ID x 0.060″ OD |
| tubing(smaller) | Cole-Parmer Instrument Company | 06417-11 | PTFE microbore tubing, 0.012″ ID x 0.030″ OD |
References
- Mezzano, D., Quiroga, T., Pereira, J. The Level of Laboratory Testing Required for Diagnosis or Exclusion of a Platelet Function Disorder Using Platelet Aggregation and Secretion Assays. Semin. Thromb. Hemost. 35, 242-254 (2009).
- Young, E. W. K., Beebe, D. J. Fundamentals of microfluidic cell culture in controlled microenvironments. Chemical Society Reviews. 39, 1036-1048 (2010).
- Young, E. W. K., Simmons, C. A. Macro- microscale fluid flow systems for endothelial cell biology. Lab on a Chip. 10, 143-160 (2010).
- Higgins, J. M., Eddington, D. T., Bhatia, S. N., Mahadevan, L. Sickle cell vasoocclusion and rescue in a microfluidic device. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104, 20496-20500 (2007).
- Rosano, J. A physiologically realistic in vitro model of microvascular networks. Biomedical Microdevices. 11, 1051-1057 (2009).
- Meer, A. D. v. a. n. d. e. r., Poot, A. A., Duits, M. H. G., Feijen, J., Vermes, I. Microfluidic Technology in Vascular Research. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2009, (2009).
- Karunarathne, W., Ku, C. -. J., Spence, D. M. The dual nature of extracellular ATP as a concentration-dependent platelet P2X1 agonist and antagonist. Integrative Biology. 1, 655-663 (2009).
- Kotz, K. T. Clinical microfluidics for neutrophil genomics and proteomics. Nat. Med. 16, 1042-1047 (2010).
- Rosenbluth, M. J., Lam, W. A., Fletcher, D. A. Analyzing cell mechanics in hematologic diseases with microfluidic biophysical flow cytometry. Lab on a Chip. 8, 1062-1070 (2008).
- Shelby, J. P., White, J., Ganesan, K., Rathod, P. K., Chiu, D. T. A microfluidic model for single-cell capillary obstruction by Plasmodium falciparum-infected erythrocytes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100, 14618-14622 (1073).
- Borenstein, J. Functional endothelialized microvascular networks with circular cross-sections in a tissue culture substrate. Biomedical Microdevices. 12, 71-79 (2010).
- Nesbitt, W. S. A shear gradient-dependent platelet aggregation mechanism drives thrombus formation. Nat. Med. 15, 665-673 (2009).
- Prabhakarpandian, B., Shen, M. -. C., Pant, K., Kiani, M. F. Microfluidic devices for modeling cell-cell and particle-cell interactions in the microvasculature. Microvascular Research. 82, 210-220 (2011).
- Tsai, M. In vitro modeling of the microvascular occlusion and thrombosis that occur in hematologic diseases using microfluidic technology. The Journal of Clinical Investigation. , (2011).
- Green, D. A., Murphy, W. G., Uttley, W. S. Haemolytic uraemic syndrome: prognostic factors. Clinical & Laboratory Haematology. 22, 11-14 (2000).
